Un experimento del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) logra la transmutación, pero a una ínfima escala
08 may 2025 . Actualizado a las 15:44 h.Transformar el plomo en oro fue un sueño de los alquimistas medievales. Esta búsqueda, conocida como crisopeya, pudo haber estado motivada por la observación de que el plomo, de color gris opaco y relativamente abundante, tiene una densidad similar al oro, que durante mucho tiempo ha sido codiciado por su hermoso color y rareza. Fue mucho más tarde cuando quedó claro que el plomo y el oro son elementos químicos distintos y que los métodos químicos son incapaces de transmutar uno en el otro.
Sin embargo, con el amanecer de la física nuclear en el siglo XX, se descubrió que los elementos pesados podían transformarse en otros, ya sea de forma natural, por desintegración radiactiva, o en el laboratorio, bajo el bombardeo de neutrones o protones. Aunque el oro ya se había producido artificialmente de esta manera antes, la colaboración Alice del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) ha medido ahora la transmutación de plomo en oro mediante un nuevo mecanismo que involucra colisiones casi frontales entre núcleos de plomo.
El Centro Europeo de Física de Partículas (CERN) de Ginebra, responsable del LHC, anuncio este jueves que ha registrado mediciones en su gran acelerador de partículas que «cuantifican la transmutación del plomo en oro», aunque este último solo existe por una fracción de segundo.
Las colisiones de energía extremadamente alta entre núcleos de plomo en el LHC pueden crear plasma de quarks-gluones, un estado de la materia caliente y denso que se cree que llenó el universo alrededor de una millonésima de segundo después del Big Bang, dando origen a la materia que ahora conocemos. Sin embargo, en las interacciones mucho más frecuentes donde los núcleos simplemente se rozan sin tocarse, los intensos campos electromagnéticos que los rodean pueden inducir interacciones fotón-fotón y fotón-núcleo que abren nuevas vías de exploración.
El campo electromagnético que emana de un núcleo de plomo es particularmente fuerte porque el núcleo contiene 82 protones, cada uno con una carga elemental. Además, la altísima velocidad a la que viajan los núcleos de plomo en el LHC (correspondiente al 99,999993% de la velocidad de la luz) hace que las líneas del campo electromagnético se compriman en una fina tortita, transversal a la dirección del movimiento, produciendo un pulso de fotones de corta duración. A menudo, esto desencadena un proceso llamado disociación electromagnética, mediante el cual un fotón que interactúa con un núcleo puede excitar oscilaciones de su estructura interna, lo que resulta en la eyección de pequeños números de neutrones y protones. Para crear oro (un núcleo que contiene 79 protones), se deben eliminar tres protones de un núcleo de plomo en los haces del LHC.
«Es impresionante ver que nuestros detectores pueden manejar colisiones frontales que producen miles de partículas, al mismo tiempo que son sensibles a colisiones donde solo se producen unas pocas partículas a la vez, lo que permite el estudio de raros procesos electromagnéticos de transmutación nuclear», explica Marco Van Leeuwen, portavoz de Alice.
El equipo de Alice utilizó los calorímetros de cero grados (ZDC) del detector para contar el número de interacciones fotón-núcleo que resultaron en la emisión de cero, uno, dos y tres protones acompañados de al menos un neutrón, que se asocian con la producción de plomo, talio, mercurio y oro, respectivamente. Si bien es menos frecuente que la creación de talio o mercurio, los resultados muestran que el LHC actualmente produce oro a una tasa máxima de aproximadamente 89.000 núcleos por segundo a partir de colisiones plomo-plomo en el punto de colisión del colisionador. Los núcleos de oro emergen de la colisión con muy alta energía y golpean el tubo de vacío del LHC o los colimadores en varios puntos aguas abajo, donde se fragmentan inmediatamente en protones individuales, neutrones y otras partículas. El oro existe solo una pequeña fracción de segundo.
El análisis de ALICE muestra que se crearon alrededor de 86 mil millones de núcleos de oro en los cuatro experimentos principales. En términos de masa, esto corresponde a solo 29 picogramos (2,9 × 10?¹¹ g). Dado que la luminosidad en el LHC aumenta continuamente gracias a las actualizaciones periódicas de las máquinas, un segundo experimento produjo casi el doble de la cantidad de oro, pero el total aún equivale a billones de veces menos de lo que se requeriría para hacer una joya. Si bien el sueño de los alquimistas medievales se ha hecho realidad técnicamente, sus esperanzas de riqueza se han visto frustradas una vez más.